Durch die Untersuchung von Eidechsen enthüllen Forscher die Kräfte, die die Biodiversität prägen

„Wenn Sie sich zum Beispiel einen Platz in einem Regenwald aussuchen und die Anzahl der verschiedenen Eidechsenarten innerhalb von 15 Metern zählen und eine Zahl finden“, fragt Luke Mahler, „was bestimmt diese Zahl?“

Mahler ist Assistenzprofessor an der Fakultät für Ökologie und Evolutionsbiologie der University of Toronto an der Fakultät für Kunst und Wissenschaft. Er untersucht, wie das Zusammenspiel von ökologischen und evolutionären Kräften über Zeit und Raum zu der Biodiversität führt, die wir in verschiedenen Lebensräumen sehen. Er tut dies hauptsächlich, indem er Anolis-Eidechsen – auch bekannt als Anolen – kleine, baumbewohnende Reptilien in tropischen Regionen Amerikas untersucht.

Was bestimmt die Anzahl verschiedener Arten in lokalen Tiergemeinschaften? Die Frage ist ein seit langem bestehendes ökologisches Problem, für das es keinen Konsens gibt.

„Ist es wegen lokaler Prozesse wie Konkurrenz um Nahrung oder Territorium?“ fragt Mahler. „Oder ist es das Ergebnis umfassenderer, regionaler Prozesse wie der Entstehung neuer Arten durch Evolution?“

Eine Hypothese besagt, dass die bestimmende Kraft der lokale Wettbewerb ist. Mit anderen Worten, wenn eine lokale Gemeinschaft – zum Beispiel ein bestimmtes Waldstück auf einer tropischen Insel – mit mehreren Arten „vollgestopft“ ist, dann könnten weitere Arten nicht überleben, weil jede ökologische Nische bereits besetzt ist.

Aber einer anderen Hypothese zufolge ist die Artenvielfalt in einem solchen Gebiet nicht durch eine bereits vorhandene Anzahl von Nischen begrenzt. Stattdessen ist der wichtigste Faktor, der die Anzahl der Arten in einer lokalen Gemeinschaft bestimmt, die Vielfalt der weiteren Region.

„Auf einer Insel mit einer geringen Gesamtartenzahl sollten lokale Gemeinschaften nur eine geringe Artenzahl haben“, erklärt Mahler. „Aber auf einer Insel mit vielen Arten sollte man viele Arten in lokalen Gemeinschaften sehen. Mit anderen Worten, die lokale Vielfalt spiegelt im Wesentlichen eine breitere Vielfalt wider, wobei klassische ökologische Prozesse wie Konkurrenz sehr wenig von Bedeutung sind.

„Wenn regionale Vielfalt bestimmt, was Sie an einem lokalen Standort sehen, dann wird diese lokale Vielfalt letztendlich durch die groß angelegten Evolutionsprozesse bestimmt, die die regionale Vielfalt geschaffen haben.“

Um die Frage „lokal versus regional“ zu beantworten, untersuchten Mahler und seine Kollegen Anolen auf den Karibikinseln Jamaika und Hispaniola. Was die Forscher fanden, war ein Beweis für eine unerwartete dritte Option – eine, die eine Verbindung von Elementen sowohl der „lokalen“ als auch der „regionalen“ Hypothese erforderte.

Sie fanden heraus, dass die Artenvielfalt in lokalen Gemeinschaften tatsächlich durch lokale ökologische Prozesse bestimmt zu sein scheint, die die Artenvielfalt begrenzen – aber nur, wenn regionale Evolutionskräfte bereits die Arten von Arten hervorgebracht haben, die lokale ökologische Ressourcen monopolisieren können. Zum Beispiel hat die reiche evolutionäre Artenvielfalt auf Hispaniola, einer großen und alten Insel, eine Fülle spezialisierter Arten in die lokalen Gemeinschaften in höheren Lagen auf dieser Insel „eingespeist“.

Warum? Die Vielfalt von Hispaniola – die auf die Evolution zurückgeht, die sich über Millionen von Jahren in einem sehr großen und komplexen Gebiet abspielte – hat zu einzigartigen Anolenarten geführt, die nur im Hochland vorkommen. Diese Arten haben alle verfügbaren ökologischen Nischen gefüllt und mehr Arten daran gehindert, sich dort lokalen Gemeinschaften anzuschließen.

Im Gegensatz dazu ist Jamaika flächenmäßig kleiner, vor allem im Hochland. Und während sich auf der Insel viele Anolenarten entwickelt haben, hat der relative Platzmangel im Hochland die Entwicklung neuer Hochlandspezialistenarten nicht ermöglicht, wie dies auf Hispaniola der Fall ist. Tatsächlich gibt es in Jamaika nur eine ausgeprägte Hochland-Anolis.

Anders ausgedrückt: Lokale Vielfalt wird sowohl von regionalen als auch von lokalen Kräften bestimmt, jedoch auf unterschiedliche Weise. Regionale Kräfte produzieren eine vielfältige Reihe von Arten, die dann miteinander konkurrieren und lokale Grenzen für die Vielfalt an einem bestimmten Ort festlegen. Fehlt es einer Region aber an „evolutionären Möglichkeiten“, weil sie zu klein oder zu jung ist, bringt sie keine Artenvielfalt hervor und lokale Grenzen werden nie erreicht.

Mahler und seine Kollegen beschreiben diese Ergebnisse in ihrer Studie, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Ökologische Briefe. Zu den Co-Autoren gehörten Luke Frishkoff, der als Postdoktorand in Mahlers Labor mit der Arbeit an der Forschung begann und jetzt Assistenzprofessor an der University of Texas in Arlington ist, und Gavia Lertzman-Lepofsky, Ph.D. Kandidat derzeit in Mahlers Labor.

Die „Labore“, in denen Mahler und seine Kollegen forschten – Jamaika und Hispaniola – wurden ausgewählt, weil sie sich in vielerlei Hinsicht ähneln. Sie liegen auf demselben Breitengrad, haben eine übereinstimmende Topographie und ähnliche Waldlebensräume.

Von 2016 bis 2018 zählten die Forscher jeden Sommer die Anzahl der Anolenarten in Dutzenden von Parzellen mit einem Durchmesser von 30 Metern auf beiden Inseln vom Meeresspiegel bis zu einer Höhe von etwa 2.000 Metern.

„Die Anolenfaunen Jamaikas und Hispaniolas bieten eine reichhaltige Vergleichsmöglichkeit, weil sie ein Naturexperiment darstellen“, sagt Mahler. „Und was wir festgestellt haben, ist, dass lokale Prozesse wichtig sind. Aber sie sind so wichtig, dass es regionale Möglichkeiten zur Diversifizierung sind, die ihre Stärke bestimmen.“

„Dies ist jedoch ein einzelner, wenn auch illustrativer Vergleich. Die Bestimmung der Allgemeingültigkeit des evolutionären Opportunitätsmodells, das wir hier vorschlagen, wartet auf weitere Tests.“